Cell Stem Cell | 利用Epiregulin构建功能性人肠道类器官

摘要：在生物医学研究中，类器官（Organoids）作为一种3D细胞培养模型，近年来受到了广泛关注。类器官能够模拟人体器官的结构和功能，为研究人类发育、疾病机制以及药物筛选提供了强大的工具。肠道不仅是消化和吸收营养的主要场所，还包含复杂的细胞类型，如上皮细胞、间充质

撰文 | Qi

在生物医学研究中，类器官（Organoids）作为一种3D细胞培养模型，近年来受到了广泛关注。类器官能够模拟人体器官的结构和功能，为研究人类发育、疾病机制以及药物筛选提供了强大的工具。肠道不仅是消化和吸收营养的主要场所，还包含复杂的细胞类型，如上皮细胞、间充质细胞、平滑肌、神经元和内皮细胞等。这些细胞类型的协同作用使得肠道能够执行复杂的生理功能，如蠕动和血管生成。然而，传统的人肠道类器官（HIOs）在体外培养时往往缺乏某些关键的细胞类型，因而限制了其在研究和临床应用中的潜力。

2025年3月4日，来自密歇根大学医学院的Jason R. Spence团队在Cell Stem Cell杂志上发表了文章Coordinated differentiation of human intestinal organoids with functional enteric neurons and vasculature，他们利用Epiregulin（EREG），成功增强了由人多能干细胞（PSCs）衍生的肠道类器官的分化能力。与传统的EGF培养条件相比，EREG培养的类器官不仅包含上皮和间充质细胞，还能够自发形成平滑肌、神经元和内皮细胞。这些类器官在移植到小鼠体内后，进一步成熟并表现出类似人类肠道的组织结构与功能，如蠕动样收缩和功能性血管生成。这一研究为肠道发育、疾病模型构建以及药物筛选提供了新的工具。

最新的研究表明，Epiregulin（EREG）作为一种肠道干细胞生态位因子能够显著增强人肠道类器官的分化，使其在体外培养中同时形成上皮、间充质、平滑肌、神经元和内皮细胞等多种细胞类型【1】。为了验证这一发现，该团队首先比较了不同浓度的EREG和EGF对类器官形成的影响，10 ng/mL的EREG能够显著提高类器官的形成效率，并且在形态上与EGF培养的类器官相似，scRNA-seq结果证实EREG培养的类器官中确实出现了丰富的平滑肌和神经元细胞。随后，他们将这些类器官移植到免疫缺陷小鼠体内。经过10-12周的培养，移植的类器官进一步成熟，形成了类似人类肠道的组织结构，包括隐窝-绒毛轴和有序的平滑肌层，snRNA-seq结果也进一步确认移植后类器官中多种细胞类型的存在，包括上皮细胞、间充质细胞、平滑肌、神经元和内皮细胞，表明EREG培养的类器官在移植后能够形成与人类肠道高度相似的组织结构。

图1. EREG-HIOs可在体外自发生长，并形成多种细胞类型

接下来，该团队验证了EREG培养的类器官是否具备功能性。该类器官在无刺激的情况下能够自发产生节律性收缩，而EGF培养的类器官则没有这种表现，说明EREG培养的类器官中可能存在Cajal间质细胞（ICCs），这些细胞在肠道蠕动中起到关键作用【2, 3】。进一步的研究表明，EREG培养的类器官对乙酰胆碱受体激动剂（如bethanechol）表现出剂量依赖性的收缩反应，而在乙酰胆碱受体拮抗剂（如scopolamine）的处理下则表现出肌肉松弛状态，这些结果表明，EREG培养的类器官不仅具备平滑肌和神经元，还能够形成功能性的神经肌肉单元。

内皮细胞在器官发育和功能中起到至关重要的作用，免疫荧光染色结果显示EREG培养的类器官在体外和体内均能够形成功能性血管网络，特别是在移植后，类器官中的内皮细胞能够与宿主血管吻合，形成可灌注的血管结构。他们进一步通过流式细胞术量化了类器官中内皮细胞的比例，发现EREG培养的类器官中内皮细胞的比例显著高于EGF培养的类器官。这些结果表明，EREG培养的类器官不仅能够形成血管，还能够与宿主的循环系统连接，具备功能性灌注能力。

综上，这项工作利用Epiregulin（EREG）成功构建了结构和功能（如蠕动样收缩和功能性血管生成）都更加完善的人肠道类器官，为肠道发育、疾病模型构建以及药物筛选提供了新的工具。未来，研究人员可以进一步探索EREG在肠道发育中的具体作用机制，并尝试将这一技术应用于其他器官类器官的构建中。

制版人：十一

参考文献

1. Childs, C.J., Holloway, E.M., Sweet, C.W., Tsai, Y.-H., Wu, A., Vallie, A., Eiken, M.K., Capeling, M.M., Zwick, R.K., Palikuqi, B., et al. (2023). Epiregulin creates a developmental niche for spatially organized human intestinal enteroids.JCI Insight8, e165566. https://doi.org/10.1172/JCI. INSIGHT.165566.

2. Workman, M.J., Mahe, M.M., Trisno, S., Poling, H.M., Watson, C.L., Sundaram, N., Chang, C.F., Schiesser, J., Aubert, P., Stanley, E.G., et al. (2017). Engineered human pluripotent-stem-cell-derived intestinal tissues with a functional enteric nervous system.Nat. Med.23, 49–59. https://doi.org/10.1038/NM.4233.

3. Mu´ nera, J.O., Sundaram, N., Rankin, S.A., Hill, D., Watson, C., Mahe, M., Vallance, J.E., Shroyer, N.F., Sinagoga, K.L., Zarzoso-Lacoste, A., et al. (2017). Differentiation of Human Pluripotent Stem Cells into Colonic Organoids via Transient Activation of BMP Signaling.Cell Stem Cell21, 51–64.e6. https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.05.020.

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